地幔柱与岩石圈相互作用过程的数值模拟

地幔柱的研究是地球科学研究的热点之一.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈的相互作用过程.基于质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程,通过有限元数值方法可以计算得到地幔柱与岩石圈相互作用的温度场、速度场和有效黏度等的时空图.本文的流变本构模型主要基于非牛顿流体的有效黏度模型,通过数值模拟计算分析了地幔柱与岩石圈相互作用过程,着重讨论了地壳流变结构对此过程的影响.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈的相互作用分为三个阶段:地幔柱上升期,时间持续到0.2 Ma,平均速度为2.75m·a-1,地幔柱顶部地形开始向上隆起;地幔柱与岩石圈纵向作用期,时间从0.2 Ma到0.26 Ma,地幔柱上升的平均速度为0.83m·a-1,地表地形隆升达到最大值;地幔柱与岩石圈横向作用期,0.26 Ma以后,岩石圈开始剪切变形,地幔柱水平运动速度为0.47m·a-1,当剪切变形达到一定程度,岩石圈底部开始出现拆沉作用.当下地壳流变强度比较小时,上地壳的流变结构控制着地幔柱顶部地表地形隆起程度,流变强度越大,隆升高度越小;而下地壳的流变结构控制着地幔柱两侧地表地形的下沉幅度,下地壳流变强度越小,下沉幅度越大.最后,讨论了数值模拟对峨眉山大火成岩省地幔柱发展演化的应用.     

地壳中岩浆沿已有断层运移的数值模拟——在长白山天池火山的应用

本文利用有限元及有限差分的方法,对壳内岩浆房或岩浆囊中的岩浆在构造应力及由于围岩与岩浆的密度差产生的浮力作用下,沿已有断层向上运移的动力学过程进行了数值模拟.在岩浆囊顶部与上覆岩层接触处,沿着已有微小破裂,岩浆在一定超压力条件下使已有断层张开并继续向上延伸,从而形成岩浆向上运移的通道.研究了岩浆黏度、密度差、模型深度对最小超压力（岩浆运移到地表所需的最小岩浆房超压力）的影响.在10 km深度的地壳中,若岩浆黏度为0.1~10³ Pa·s,当超压力达到17~20 MPa时,岩浆压力可以驱动岩浆运移到地表层;同时,岩浆动力黏度越大,使岩脉运移到地表需要的超压力就越大.当密度差为300~700 kg·m^-3,其变化对超压力的影响比较小.本文亦对比了三维应力条件和二维平面应变条件下不同结果,比较了不同条件下岩浆运移造成的地表垂直位移变化.结合长白山天池火山地区的区域地质环境,对长白山天池火山岩浆运移条件进行了参数试验性计算分析,估算了在给定长白山天池火山模型条件下地下可能存在的岩浆囊的大小,其结果对认识长白山天池火山地区岩浆活动及相关的预测和监控有参考意义.     

中国大陆动力学研究导向和思考

大陆动力学是研究和探索地球内部物质大尺度运动和深化认识地球本体与其在整体运动中深部圈层耦合、介质与结构变异的物理－力学属性、物质与能量的交换、深层动力过程和机制的一门边缘科学.地球动力学集成了当代众多高、新学科技领域和学科交叉的研究成果,它涉及到成山、成盆、成岩、成矿、成灾和深化对地球本体的认识,它在地球科学研究中占有极为重要的地位.本文通过深入研究、综合集成与剖析讨论了该领域五个重要的基本科学问题,即：(1)地球动力学在地球科学研究中的地位和作用;(2)国际上地球动力学研究的进展和发展动向;(3)中国地球动力学的研究状况;(4)当今地球动力学研究的导向和战略思考;(5)地球动力学研究在我国的实现和开拓.     

地震波各向异性的研究进展

地壳和上地幔矿物的优势取向的改变是产生地震波速各向异性的主要原因。本文重点概述了在高温高压实验方面地震波各向异性的研究进展,总结了它的研究成果,并讨论了产生地震波各向异性的主要原因,阐述了地震波各向异性在地球动力学中的意义。